腦力激盪 :製造商該如何準備 5G 時代?

要有效地回答製造商如何準備 5G 這個無線網路大趨勢的問題,我們可以想像一下 5G 會對那些用來應付 10 倍快資料傳輸速率和多1000 倍資料流量的電子終端產品和裝置的影響。 5G能實現各產業間更強大的連接,而製造創新也必須隨之進步以達到可信賴地實施5G網路所必要的規模化和品質水準。5G對印刷電路板(PCB)製造業的影響就是一個很好的例子,這可以讓我們理解那些需要的轉變。

高頻 5G 網路連接的必要條件,就是在每個節點上無所不在且能實現預期 5G 資料傳輸速率和頻寬提升的 PCB 。 更快的下載速度帶來即時無縫連接的性能為從增強現實和虛擬實境(AR/VR)到攸關性命的自動汽車感應等各種新應用服務。對這些依賴5G的應用來說,幾乎不容許任何錯誤的發生,再加上現階段物聯網裝置增長的預期將達到數十億, 通訊失誤對於整個網路的致命程度將迅猛增長。 這些對訊號延遲敏感的應用會迫使PCB的可靠性標準提升到一個新層次,並直接影響到製造工藝,以確保PCB 的生產和檢測也達到同等的高品質水準。

5G 網路的更高頻的和縮小的波形係數給 PCB 製造帶來了前所未有的挑戰。 要在比以前更小的面板設計上進行更多的輸入/輸出,需要高密度互聯(HDIs)以及內在更精細的線路。 這些精細的線可能導致信號性能衰退。 例如,如果線條的物理特性(頂寬和底寬等),和原本設計不同的話,射頻信號的傳輸就可能延遲,進而對下游的資料流程產生負面影響。 不可避免地,PCB製造商就必須挑戰各種各樣的創新技術,例如採用改良型半加成法(mSAP工藝 )來確保PCB板的設計在生產中得以良好的實現。 PCB製造所面臨的下一個挑戰是檢測準確性和可靠性。

一直以來自動光學檢測 ( AOI )非常成功地被用作檢測 PCB 板缺陷的工具,但直到目前為止 AOI 系統 主要是檢測 CAM 設計,確保原始設計在遵循設計規則的同時被準確無誤地生產出來。 用於5G的PCB板需要附加的性能來進行梯形和/ 或長方形橫截面的實際測量。 這就要求AOI系統不僅能測量PCB板線路的上下幅線寬,也要能以最少的操作檢測出各種潛在的缺陷,如雷射孔和線路設計。 少數AOI具備部分測量功能,但也只能測量線條頂部的線寬而無法測量底部。 令人驚訝的是,到目前為止,底部的測量只能在採樣後以顯微測量工具手動進行,這樣顯然無法滿足未來5G時代的規模和產量。

PCB 製造商能夠利用二維測量技術自動檢測和測量 PCB 板線路的上下幅線路寬度證明了 AOI 創新技術的進步。這項創新的測量功能可在高取樣率前提下以高產出率運作,確保製造商獲得更好的整體產出。這是邁向更具成本效益的5G技術所需的PCB品質水準提升的很重要一步。

各界紛紛預言 5G 時代即將來臨,但是 5G 的實現還需要廣泛的技術變革和持續創新。 製造商身為這一偉大轉變真正的促成者,需要站在創新的前沿,確保5G網路的品質與可靠性。 這裡提及的一個典型的小案例就是具有代表性的一個案例,這就是AOI技術實現更快、更精准的PCB檢驗和驗證,從而支援未來高頻、 低信號延遲的5G系統所需要的非常有必要的革新案例。

Benny Solomon,奧寶科技自動光學檢測( AOI )及自動光學成形( AOS )行銷總監

 

被稱為「第四代工業革命」推動者的 5G 以其可靠串聯大量裝置、提供超低通信連接延遲和十億位元級的速度,促成了許多產業中各種應用上的無線方案。

5G 能夠無線連接密集市區 數百萬的物聯網裝置,實現城市遠端感應或信號網路。 連接模組是有效的配置解決方案,它讓預認證的5G無線電波段能輕易展開,並與廣大的物聯網絡集成為一。 為了縮小尺寸,這些模組仰賴高級的製造技術,例如高密度系統封裝(SiP)元件,包括模組基板中主動和被動元件的嵌入,以及高效被動元件的使用以完善使用中的高階 IC。 新動力存儲技術也很有用處,包括固態低電壓電池,太陽能或其他來源的能源收集電池,這些都提升了裝置的自主性。

5G 在開通新的無線電頻譜如 20 GHz 以上的毫米波段( mmWave )下,能克服移動網路的資料瓶頸,即使在擁擠的環境中也可實現同步超高速無線傳輸。 5G的毫米波可能最初會被無線運營商用於提供住宅客戶或家居辦公客戶十億位元級的固定無線接入服務。 下一步則是利用5G毫米波來實現十億位元級的移動服務,例如將有現場觀眾的大型賽事4K視頻直播到智慧裝置上。 這就需要以新式陶瓷或其他材料製成的新天線和射頻濾波器。 這些高級的毫米波元件對於掌上型裝置和網路基礎設施基站是必要的,在這些基站上大規模多入多出(MIMO)天線陣列會被用於動態光束控制,以使網路容量最大化。

5G 會為商業和日常生活帶來轉變。 高效的電子器件,包括最新的被動元件技術在內,是實現5G硬體產品的必需品。

Michael Chinn TDK 高級副董事長, ICT集團電子元件銷售與行銷集團副總經理

 

為了迎接 5G 時代的來臨,無線通訊網正經歷巨大的轉變。 過去介於遠端射頻端點和基頻單元之間中的點對點的通用無線電介面(CPRI)網路已逐漸被乙太網的通用無線電介面(eCPRI)方案所取代。 這些方案提供了更靈活、可規模化的方式來支援5G所需的更高頻寬要求。 這項轉變也刺激了能擴大網路容量和覆蓋程度、專門的5G前(pre-5G)無線電接入設備的設計和展開。 小型電池、分散式天線系統、大規模多入多出系統,以及其他5G前無線電技術等的新設計,無不面對新的開發挑戰,因為它們必須同時支援長程演進標準( LTE)和乙太網的連接。 這就對新的計時方案提出了獨特的要求,使其能支援低相位雜訊的LTE同步、低抖動的乙太網同步和系統同步。

由於都會區網路絡和邊緣網路升級到更高的頻寬以支援視頻直播和移動資料愈來愈大的需求,另外一項重要的創新技術也正在發展中。 隨著乙太網的交換器/資料收發器(PHY)、現場可程式設計閘陣列(FPGA)和專用積體電路( ASIC)等,從28Gbps不歸零編碼(NRZ)串列器 / 解串器( SerDes ) 系統 朝向更高速的 56Gbps 和 58Gbps 的 PAM4 相位調幅 SerDes 系統發展,實體層 中現在有 大量創新正在發展中。 PAM4在一個週期中壓縮4個電平,才能在一個串列通道內同樣的時間視窗中承載更多的資料量。 其信噪比(SNR)也必須更好才能確保連接的誤碼率(BER)不會劣化。 這個反過來卻帶動了對低抖動時鐘和晶體振盪器(XO)的需求,從而為56G的PAM4 串列器/解串器系統提供參考時鐘。

詹姆斯 威爾森( James Wilson ),芯科科技時鐘產品高級行銷總監

 

隨著最近公佈的 3GPP 標準,令人興奮的 5G 革命也蓄勢待發;許多運營商已宣佈在 2018 年內將首次開展 5G 應用。 從無線電的角度來看,代工業者和運營商都把這波首次的5G應用開展視為現有4G網路和當前架構很自然的一個演進。 初步就是要轉變傳統的架構,增加更多多出多入系統、將天線分得更小並在每一個天線尾部都接上一個收發器,非常類似4G/LTE-A Pro Massive-MIMO 的戰略,而這已在中國和日本得到了驗證。 這種做法在沒有釋放整個天線陣列的潛能下,使用較不復雜的硬體和較少的收發通道,可以降低初期成本,許多製造商也順應這樣自然的逐步變革。

事實上,這些方案要在每一個天線單元後接上一個由 64 個收發器驅動的低功率收發器(一個由 192 個天線所組成的典型天線陣列,其組成是 12 列 8 行,二極化)。 通常這樣的設置尺寸大約會是0.8米高、0.4米寬,現有蜂窩天線所佔用的空間就足以容納。

在更大的頻寬下,既然收發器數量的增加會創造出海量的原始資料,市場上已經可以取得那些具有成本效益、高速的 前傳方案以及光纖容量的事實也 迫使設備製造商重新思考解決 方案分割。 新的乙太網通用無線電介面(eCPRI)標準整合了CPRI處理功能與射頻拉遠模組(RRU ),有效地降低了前傳網路的頻寬要求。 然而,新興的低成本100G光學器件也給運營商一個選擇,為推行不會過時的RRU而採用CPRI 。  

5G 的標準也許才剛剛制定,但我們可以說全球的製造商早已積極投身其中!

 David Ryan MACOM 高級商務開發與戰略行銷經理

ECN Brainstorm 

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